Европейский атом. От чего российские АЭС будут спасать Британию

В такой же непростой исторической ситуации оказалась у нас и ещё одна страна, которая, как и дом Пятачка, со всех сторон окружена водой.

Речь идёт о самой Великобритании. И о её положении на изолированном острове, которое всегда было предметом зависти европейских монархов и полководцев, но которое и может сыграть с Великобританией весьма злую шутку. Всё дело в том, что ситуация «окружённости водой» действует в обе стороны — в момент наводнения тебе некуда убежать и некуда спрятаться. А Великобритания сегодня тонет. Не в буквальном смысле, а в энергетическом. На острове внезапно обнаружился глобальный недостаток энергии. Причём что обидно — по всем возможным её источникам. И с этим надо что-то делать.

Банкет на нефти и газе Северного моря, прошедший между 1980 и 2000 годами и позволивший Великобритании уйти от импорта энергии из-за рубежа, закончился. Соединённое Королевство погружается в пучину темноты и холода, которую невозможно отодвинуть никак иначе, нежели массированным импортом энергии из-за границ благословенного острова. В Великобритании уже нет газа, нет нефти, нет знаменитого кардиффского угля. Все эти ресурсы сожжены в дымовых трубах «золотого» ХХ века. Нарастают проблемы и в атомной генерации Острова. Надежд у Соединённого Королевства очень мало. Но они есть. И некоторые записки на оборванных листиках, написанные пока ещё сухим карандашом, мы получаем с Острова уже сегодня. На них ожидаемо написано бессмертное: «Помогите Пятачку!» Хотя начиналось всё совсем иначе.

Ставка на необогащённый уран

Начнём мы, пожалуй, с ситуации с ядерной энергией — ведь, как я покажу чуть позже, только она может обеспечить стабильную и прогнозируемую ситуацию со спасением Пятачка от приближающегося наводнения. Первые опыты Великобритании с атомной энергией начались ещё на заре атомной эры, в 1940-х годах. Вот этот скромный «сарайчик» в канадской провинции Онтарио и был тем самым местом, где Великобритания получила свой первый оружейный плутоний.

Называлась эта установка ZEEP — Zero Energy Experimental Pile, или в переводе на русский — «Экспериментальная батарея с нулевой энергией». Энергетический выход данного реактора и в самом деле был нулевым: установка ZEEP была рассчитана исключительно на получение плутония, необходимого Великобритании в то время для изготовления собственной атомной бомбы. Реактор ZEEP был одним из первых в мире реакторов на тяжёлой воде, который позволил Великобритании (и впоследствии Канаде, которая использовала тот же концепт в своих тяжеловодных реакторах CANDU) использовать в ядерных реакторах природный, а не обогащённый уран. Ну а использование природного урана, в свою очередь, позволяет полностью отказаться от очень сложной и дорогостоящей индустрии по разделению изотопов урана — центрифуг или газодиффузионных заводов.

Причина такой особенности тяжеловодных реакторов проста — в отличие от нашей обычной, так называемой «лёгкой» воды тяжёлая вода практически «прозрачна» для нейтронов и очень слабо их поглощает, что позволяет запустить цепную реакцию и на том слабом нейтронном потоке, который выдаёт обычный, необогащённый природный уран.

Но эта ситуация, как мы увидим чуть ниже, сыграла с нашим Пятачком злую шутку. Возможность использования дешёвого природного урана, столь привлекательная вначале, потом обернулась постоянными проблемами в конструкциях реакторов в конце английского пути для мирного атома. А путь этот был следующим. В отличие от Канады, которая оставила для своих реакторов CANDU концепцию тяжёлой воды как основного теплоносителя первого контура (напомню, что сам по себе атомный реактор до сих пор представляет собой тривиальный «чайник», в котором мы постоянно кипятим воду за счёт постоянного нагрева урановых стержней), Великобритания решила улучшить концепцию тяжеловодного реактора.

В английской концепции реактора на природном уране тяжёлая вода как теплоноситель была заменена на углекислый газ. Получившийся реактор, названный «Магнокс» (Magnox), уже мог использоваться для производства электроэнергии, но его основной задачей по-прежнему была наработка плутония для армии Её Величества.

Первый реактор «Магнокс», подсоединённый к сетям общего пользования и рассчитанный на производство электроэнергии, был торжественно открыт в Великобритании 17 октября 1956 года, всего через два года после пуска первой в мире Обнинской АЭС. Официально данный первый английский энергетический реактор назывался «Колдер Холл-1» (Calder Hall), в то время как весь комплекс по производству делящихся материалов, на площадке которого и был установлен первый реактор Magnox, носил название Селлафилд.

Атомная станция «Колдер Холл-4». Закрыта в 2003 году.

Надо сказать, что для своего времени реактор «Магнокс» был очень прорывной машиной. Со своей мощностью 49 МВт он почти что в десять раз превосходил советский опытный реактор в Обнинске, а температура теплоносителя 400°С намного превосходила температуры лучших реакторов на лёгкой воде. Такая высокая температура теплоносителя позволяла реакторам «Магнокс» иметь очень хороший термический КПД, который для любой тепловой машины (нашего «чайника» с ТВЭЛами) напрямую зависит именно от разности температур.

Всего на технологии Magnox было построено 26 ядерных реакторов в период 1953–1963 годов. На сегодняшний день все эти электростанции, за исключением самой новой станции «Уилфа» (Wylfa), на которой были установлены реакторы «Магнокс» последнего поколения мощностью 490 МВт, уже выведены из эксплуатации.

Последний реактор станции «Уилфа» будет планово закрыт в сентябре 2014 года. Славная страница со «старичками родом из 1950-х годов» будет окончательно перевёрнута и закрыта для современной английской атомной энергетики.

Последний из живых «Магноксов». Станция «Уилфа» в Уэльсе. Закроется в 2014 году.

К реакторам на обогащённом уране…

В 1960-х годах Великобритания продолжила идти по пути создания газоохлаждаемых ядерных реакторов. Развитием концепции реакторов «Магнокс» стали газоохлаждаемые реакторы AGR, что расшифровывается как «Улучшенный реактор с газовым охлаждением». Конструкция AGR такова, что пар, полученный при работе реактора, такой же, как и на традиционных угольных электростанциях, поэтому AGR может легко использовать те же турбогенераторы, что и обычные угольные блоки. Средняя температура теплоносителя на выходе из реактора 648°C, что ещё больше подняло термический КПД английских реакторов. Однако что важно: в качестве топлива на реакторах AGR уже было необходимо использовать в ТВЭЛах обогащённое до 2,5–3,5% топливо, а не природный уран с его 0,72% содержания изотопа ²³⁵U. Почему же англичанам пришлось на реакторах AGR уйти от столь простого и удобного природного урана и внезапно столкнуться с потребностью в обогащённом уране?

Всё дело в том, что природный уран как топливо создаёт сразу несколько проблем. И связаны они напрямую с достоинствами природного урана — с его долей 0,72% для изотопа ²³⁵U. В современных реакторах «горит» именно изотоп урана ²³⁵U. В обогащённом уране содержание этого изотопа в 3–5 раз больше его содержания в природном уране: условно говоря, на единицу объёма или массы обогащённый уран в те же 3–5 раз «энергетичнее» природного. В силу этого любой реактор на природном уране просто с точки зрения объёма и веса активной зоны на ту же тепловую или электрическую мощность оказывается в 3–5 раз тяжелее и в 3–5 раз объёмнее. Разница приблизительно такая же, как напиваться пивом или водкой. Водки надо реально меньше.

Кроме того, в силу обычных конструкционных проблем на природном уране оказалось очень трудно получить требуемую для концепции AGR температуру реактора 648°C. Прозрачный для нейтронов сплав «Магнокс», который дал название предыдущему поколению английских реакторов, пришлось в силу таких температур теплоносителя заменить на нержавеющую сталь, а она, в свою очередь, оказалась гораздо более «жадным» поглотителем столь дефицитных в случае природного урана нейтронов. Однако выбор в пользу коммерческой эффективности реакторов был сделан: AGR был разработан и в 1965 году поставлен «на поток» в качестве основного реактора для английской атомной энергетики. Высокий термический КПД реактора AGR (около 41%) намного превосходил обычный КПД легководных реакторов, которые не могли похвастаться его значениями выше 34%.

Два блока с четырьмя реакторами AGR на АЭС «Хэйшем» (Heysham). Подлежат закрытию в 2019–2023 годах.

Но вот тут-то на пути независимой английской ядерной программы, в тот момент, когда выбор в пользу AGR уже был сделан, и замаячили первые серьёзные проблемы.

…без технологий разделения

Перед Соединённым Королевством серьёзно встал вопрос самостоятельного разделения изотопов урана. А с этим-то как раз у Великобритании и оказался основной затык. Всё дело в том, что вплоть до 1965 года проблему разделения изотопов урана, столь необходимую для обеспечения работы легководных реакторов на обогащённом уране, на Острове никто серьёзно не разбирал и не исследовал. А ведь ни центрифуги, ни газодиффузионные заводы невозможно построить за год или даже за пять лет — и СССР и США потратили на эту задачу от 10 до 15 лет. Плутоний было легко нарабатывать и в тяжеловодных или газоохлаждаемых реакторах первого поколения («Магноксах»). Но вот экономическая дороговизна таких небольших реакторов (напомню, большой «Магнокс» на станции «Уилфа» имел электрическую мощность всего 490 МВт — меньше половины от мощности стандартного легководного блока на 1 ГВт), некритичная для военных, оказалась тем «осиновым колом» в грудь английской атомной энергетики, которая и поставила точку в вопросе использования природного урана.

Ну а тут ещё и подоспели новости из-за океана — медленное проникновение американского капитала в Канаду и масштабная программа строительства собственных американских атомных станций понемногу разогнала и цену природного урана на свободном рынке. Если вплоть до начала 1970-х годов стоимость природного урана в «свободном» мире понемногу снижалась, то в 1970-х годах ситуация резко развернулась в противоположную сторону.

Дополнительного «масла в огонь» подлил, безусловно, и энергетический кризис 1973 года, когда и США, и Великобритания внезапно почувствовали всю шаткость их «нефтяного рая», напрямую зависящего от нефтяного экспорта арабских стран. Однако выбор уже был сделан, и Великобритания оказалась жёстко привязанной к американской программе получения ядерного топлива — до сих пор все реакторы AGR используют ядерное топливо производства американской компании «Вестингауз» (Westinghouse).

Без продления срока службы

Все остальные английские программы развития ядерной энергетики, за исключением реакторов AGR, так и не дошли до промышленной стадии. Британский вариант натриевого реактора-размножителя, запущенный в 1974 году и получивший название PFR, так и не смог побороть своих «детских болезней» и был остановлен в 1994 году.

Британский реактор-размножитель PFR. Закрыт в 1994 году.

Всего на британскую программу обеспечения повторного использования, размножения и дожигания топлива было израсходовано около 30 млн фунтов стерлингов за период 1966–1974 годов. И ещё 338 млн фунтов стерлингов потребуется на рекультивацию площадки быстрого реактора.

Не смогла обеспечить достойного уровня технического и экономического соответствия потребностям отрасли и программа утилизации значительных количеств оружейного плутония, которые произвёл военный завод в Селлфилде. Завод по производству смешанного, плутоний-уранового топлива (называющегося ещё и МОХ-топливом) оказался совершенно неэффективным. В результате сегодня Великобритания оказалась хозяйкой самого большого в мире запаса оружейного плутония (около 112 тонн), который ещё и требует около 80 млн фунтов стерлингов в год на организацию своего хранения.

Все эти факты свидетельствуют о том, что в настоящее время Великобритания вряд ли способна самостоятельно построить технологии замкнутого ядерного цикла (ЗЯТЦ), а всё больше и больше вынуждена опираться на зарубежные технологии обогащения урана, производства тепловыделяющих сборок и даже… реакторостроения.

Всё дело в том, что последний реактор AGR, тот самый суперэффективный (с КПД около 41%) газоохлаждаемый реактор был построен ещё в 1988 году. Обычная стандартная секция из двух реакторов AGR на АЭС «Торнесс» (Torness) сможет проработать до 2023 года — те же стандартные 35 лет, что и отведены каждому реактору AGR. Дополнительной сложностью для Великобритании является то, что высокие температуры в активной зоне реактора, которые составляют, напомню, более 648°C, очень усложняют жизнь эксплуатационщикам и регуляторам: за пределами гарантированных производителем 35 лет жизни газоохлаждаемых высокотемпературных реакторов AGR никто особо не горит желанием брать на себя ответственность за продление ресурса работы реактора.

Если в практике легководных реакторов уже стали обыденными процедуры продления «жизни» реактора на 10 и даже на 20 лет, то для AGR, скорее всего, этот вопрос так и не будет решён положительно: максимум, на что соглашаются все участники процесса, — это продлить срок работы высокотемпературных реакторов ещё на пять лет.

Последний из газоохлаждаемых. АЭС «Торнесс». Крайняя дата закрытия — 2028 год.

Что же остаётся у Великобритании в перспективе 15 лет от сегодняшнего дня? Это — единственный и, по сути дела, не британский по конструкции легководный реактор на станции «Сайзвелл Би» (Sizewell B). Он построен ещё в 1994 году, в рамках сотрудничества уже упомянутой компании «Вестингауз» и французской компании «Фраматрон» (Framatrone). Даже паровые турбины на этой АЭС поставлены не британскими производителями, а опять-таки французской компанией «Альстом» (Alstom). Можно сказать, что «завоевание Англии», о котором мечтал Наполеон в XIX веке, уже случилось в конце XX века.

АЭС «Сайзвелл Би». Последняя из оставшихся.

Кто спасёт Пятачка: Россия или Франция?

Дальнейшие планы Великобритании по замене своих газоохлаждаемых «фениксов», которые сгорят в период следующих 15 лет, связаны с двумя принципиальными подрядчиками. Сама по себе Англичанка, не строившая реакторов с 1988 года, уже вряд ли сможет быстро и в полной мере возродить свой атоммаш в отведённые ей историей сроки. Ведь, как мы помним из романа о Винни-Пухе: «Дождь всё лил, и с каждым днём вода подымалась немножко выше, и вот она подошла уже к самому окошку, а Пятачок всё ещё ничего не сделал». Не сделала ничего пока для возрождения своей атомной промышленности и Великобритания. Вся надежда Великобритании сейчас сосредоточена на быстром импорте атомных технологий из Франции или… из России.

Первоначальные планы постройки новых реакторов на Острове были связаны с французской «Аревой» (Areva), правопреемницей «Фраматрона». Именно «Ареве» было предложено в рамках программы замены реакторов AGR произвести эскизное планирование установки новых реакторов EPR французского производства на площадке «Сайзвелл Си» (Sizewell C).

Однако сейчас эти планы находятся под угрозой срыва: если собственная английская атомная программа уже начиная с начала 1990-х годов пребывает в состоянии «клинической смерти» (английский Пятачок реально ничего не строил с 1988 года, а не разрабатывал — так и вообще с середины 1970-х годов), то французскую ядерную программу сейчас скорее лихорадит на фоне перехода к технологиям нового поколения. Новый французский атомный реактор — EPR, или в переводе на русский — «Европейский реактор под давлением», пока никак не может «собраться до кучи» ни на одной из строительных площадок — ни во Франции, на АЭС «Фламанвилль», ни в Финляндии, на АЭС «Олкилуото». И если во Франции «Арева» всё же находится у себя дома, хотя и сталкивается с массой проблем при постройке нового реактора, то в Финляндии ситуация уже вообще грозит выйти из-под контроля.

АЭС «Олкилуото-3». Заходите к нам после 2016 года.

Оба «референтных», то есть критически важных для оценки технологии реактора проекта буксуют по срокам и безбожно раздуваются по сметам.
3 млрд евро, озвученные «Аревой» на старте обоих проектов в 2005–2007 годах, уже превратились в 6,6 млрд евро для финской АЭС и в 8 млрд евро для её французской «близняшки».

Пуск обеих «референтных» реакторов EPR уже перенесён на 2016 год, а для случая Великобритании «Арева» уже озвучила стоимость строительства блока с реактором EPR в… 12 млрд евро.

В такой ситуации наш английский Пятачок ожидаемо пишет всюду по миру тревожные записки: «Это я, Пятачок! Спасите, помогите!» Недавно получателем такой записки оказался и российский «Росатом». Конечно, пока официально такая «записка тонущего» называется «дорожная карта». Но — ситуация в общем-то ясна и понятна. «Росатом» в отличие от французской «Аревы», которая разом решила увеличить мощность своего реактора в полтора раза, идёт по пути медленного и осторожного совершенствования своего надёжного и испытанного дизайна ВВЭР-1000. В силу чего сейчас даже постройка АЭС «с нуля», как, например, в случае с Балтийской АЭС, даёт для реакторов «Росатома» оценку около 3,1 млрд евро за 1150 МВт электрической мощности. В то время как европейский EPR для условий постройки на существующей площадке АЭС «Сайзвелл» даже с учётом его планируемой мощности 1650 МВт оказывается минимум в три раза дороже. Вот такая вот непростая судьба у Маленького Существа, совершенно окружённого водой! И свой неудачный реактор-размножитель — распили, и плутоний — храни, и старые реакторы — останови в перспективе 15 лет. И сделать-то быстро ведь ничего не получается: современный реактор строится лет пять-семь. Это если заказать его у русских, согласно «записке Пятачка». Пардон, конечно же «дорожной карте»!

А французы могут и за 11 лет реактор построить, спросите у финнов. Уж на что терпеливые люди, да и то решили «Ареву» на следующие стройки не звать. Как и чехи, кстати. И финны, и чехи в принципе ждать ещё могут — у них ведь в ходу не газоохлаждаемые «фениксы», которые сгорят через 10 лет, а вполне себе обычные легководные реакторы. И последние 20 лет они в отличие от Англии не «сидели на попе ровно», а активно искали варианты постройки новых реакторов. А на Острове холодно и страшно. Вдруг не подвезут нефть, как в 1973-м? Или вдруг опоздает газ из Катара, как произошло весной 2013-го? И ведь уже ничего не поменяешь так быстро, как это надо «здесь и сейчас». Когда вода уже плещется возле твоего окошка.